1 工程概况

  红崖山水库是亚洲第一沙漠水库，始建于1958年，经过一期、二期、三期扩建加固及除险加固，水库设计总库容9930万m30 2010年12月启动红崖山水库加高扩建工程设计，加高扩建工程建设的主要内容有:进行水库清淤治理，利用清淤底泥建设库区周边防风固沙林，加高东、西坝体，改扩建输水、泄水建筑物，新建库尾防护堤，抬高恢复库尾浸没区耕地等。水库加高扩建后，水库总库容1. 48亿m3m，主要建筑物有大坝、溢洪道、泄洪闸及输水洞等，水库大坝最大坝高为17.1 m。工程等别为n等，工程规模为大型。主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪闸及输水洞等级别为2级。

2 工程地质

  工程区出露的主要地层有新生界第四系松散堆积物及新近系红色砂岩、泥岩及古生代红色、肉红色粗粒花岗岩。红崖山水库的坝址区、水库区主要出露全新统冲洪积层。

  工程区50年超越概率为10%时地震动峰值加速度为0. 1588，地震动反映谱特征周期为O. 55s,地震基本烈度为珊度，区域构造稳定性较差。红崖山水库在发生烈度为珊度地震时坝基局部存在地震液化危险性，地震液化主要发生在东坝2 + 920一6+ 600段坝基局部饱和细砂、中砂层中。

  泄洪闸位于东坝3 + 033处。在泄冲闸底板布置有钻孔ZK21，孔深20. 30m，其中0一1. 9m人工浆砌块石底板，1. 9一6. 1 m细砂，6. 1一20. 30m中砂。钻探期间库水位比泄冲闸底板高4. 17m，闸基处于饱和状态。4. 2 } 4. S m细砂、中砂标贯实测锤击数5一8击。根据3. 1一3. 5m细砂试验资料:粘粒( }  0. 005 mm)含量13.4%，粉粒( 0. 0750. 005 mm)含量49.1 %，其余为砂粒(20. 25 mm )，曲率系数3. 60，不均匀系数68. 5，垂直渗透系数:0. 88 x 10-5 cm/s，饱和状态慢剪C值:58.7KPa,  cp值:18012'，饱和状态的压缩系数0. 22MP。一’，压缩模量8. 84MPa}

  根据12. 0一18. 0m中砂试验资料:含砾(602mm) 12.9%，含砂(2一0. 25mm) 84.5%，含粘粒(鉴0. OOSmm)2. 6%，曲率系数1. 29，不均匀系数3. 21，干密度1. 80g/cm3，自然休止角30055'，垂直渗透系数约10. 88  x 10 -2 cm/s，临界水力坡降1 .12。

  根据闸基细砂、中砂颗分资料:小于Smm颗粒含量的质量百分率均大于90 %，远大于30% ;其中粒径小于0. OOSmm的颗粒含量质量百分率均为。，小于17%;且闸基均位于地下水位以下，初判为液化土，依据《水利水电工程地质勘察规范》(C B50487-2008)附录，闸基ZK21号孔液化判别标准贯人锤击数判别成果见表1

3 泄洪闸闸基地震液化处理措施

3. 1地基处理方案优选分析

  根据现有文献及工程实例砂土地基液化的处理方法主要有:强夯法、振冲法、砂桩挤密法、碎石桩排水法、换填法、围封法以及注浆法等方法。

  (1)强夯法是为提高软弱地基的承载力，用重锤上升一定高度后下落夯击土层使地基固结的方法。又称动力固结法，利用起吊设备将重锤(1040t)提升到一定高度(10 } 40m)使其自由下落，使重锤以一定的冲击能量作用在地基上，依靠强大的夯击能和冲击波作用夯实土层，克服土壤颗粒之间的阻力，从而提高土壤强度，提高土壤密实度，从而提高抗液化能力。强夯法适用于处理砂土、碎石土、低饱和度的粉土、钻性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。

  (2)振冲法是振动水冲法的简称，利用振冲器强烈振动和压力水灌人到土层深处，使松砂地基加密，或在软土层中填人碎石等无凝聚性粘粒形成强度大于周围土的桩柱和原地基土组成复合地基，提高地基强度的加固技术，是一种快速、经济、有效的方法。振冲法具有振动影响范围不大、机具较简单、不需固结时间、费用低等优点。适宜于加固砂土及粘粒含量少于10%的粉土地基。

  (3)砂桩挤密法主要通过振动、冲击和挤实作用，减少土壤颗粒之间的间距从而增加被加固土层的密实度，进一步降低地基液化的可能性。

  (4)碎石桩排水法是在砂层中设置竖向排水体，此方法比水平方向的排水路径短，且砂层的排水速度加快，地震振动时减少饱和砂层内孔隙水压力，从而消除液化可能性。此方法适用于具有较大厚度饱和砂层且埋藏较深的地基，以及在强震地区中经密实处理后仍难以达到临界密实度要求的地基。

  (5)换填法是指将基础底面范围内的软土清除，用其他性能稳定和无侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层回填并压实至要求的密实度。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。根据工程实践表明，采用换填法有许多优势:所需机械设备简单、取材容易、施工方便、快速等。换填法适用于浅层地基处理。

  (6)围封法是利用板桩等方法将建筑物发生液化的砂层四周进行围封，阻碍密封外侧的液化砂层对区域内砂层的影响，从而减少地基中砂土液化的可能性。起到消除或减轻地基液化破坏的作用。

  (7)注浆法是水利工程中常用的方法，此方法是将某些能固化的浆液通过一定的管路均匀的注人软弱土层地基的裂缝或孔隙中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走土颗粒间的水分和气体，并迅速填充土层中空隙部分，硬化后将弱化土壤与砂浆胶结成整体，以达到改善岩土介质的连续性、完整性和物理力学性进而降低岩土渗透性、减少岩土变形及提高其承载力。

  通过对以上砂土地基地震液化处理方法的理解和以往工程经验的总结，由于本工程对原泄洪闸底板及侧墙不予拆除，且液化层埋深较深，根据对本工程闸基地震液化分析、现状闸基及闸底板结构情况，采用强夯、挤密、振冲、换填等方法不适宜本工程，故本工程闸基地震液化处理措施采用高压旋喷桩围封法，用挡土结构来围堵边界并阻止后期变形，防止地震液化发生。

3. 2 泄洪闸闸基地震液化处理措施

  本工程高压旋喷桩围封法设计桩径为1. 0m，单桩深度20 m，桩距为1. 0m，双排布置，排距0. 8m,排间梅花型布置，有效搭接厚度不小于20cm;布置范围为泄洪闸闸室段上、下游各延伸约llm处，左右侧以现状边墩外侧为控制进行围封网格布置，网格纵向间距均为lOm，横向间距约为8m，泄洪闸地基处理高压旋喷桩孔位平面布置图见图1。   

高压喷射注浆法是采用钻孔将装有特制喷嘴的注浆管下到预定位置，然后用高压泵将浆液输送到指定位置，所用灌浆材料，主要是水泥和水，一般会加人少量外加剂。可根据需要加人适量的外加剂及掺合料。

  在高压喷射注浆时，根据环境和工程需要确定所采用的水泥品种和标号，通常宜采用强度等级为42. 5级的普通硅酸盐水泥，如若使用其它型号水泥注浆需要符合设计许可。高压喷射注浆一般常用纯水泥浆液，但在一些特殊地质状况或工程有特殊要求时，根据工程的需要，通过现场注浆试验论证，确定所需要的不同类型浆液。根据需要可在水泥浆液加人粉细砂、粉煤灰、早强剂、速凝剂、水玻璃等外加剂。

  高压喷射注浆法施工用主要设备机具有:地质成孔设备，搅拌制浆设备，供气、供水、供浆设备，喷射注浆设备，控制测量检测设备。

4生产性试验及施工参数的确定

  生产性试验于2016年5月1日~15日完成，桩编号为CPSY-1 ， CPSY-2，CPSY-3，其中CPSY-1， CPSY-3为一序孔，CPSY-2为二序孔。通过生产性试验验证物质组成、颗粒级配，熟练并掌握旋喷桩施工方法、工艺流程、技术参数、质量检测等作业要求。目的是确定满足设计要求的水泥惨量、水泥浆的配合比及水泥浆的比重;确定机械性能能否满足生产要求;确定合适的提升速度、旋转速度等施工技术参数。成桩14d后对试验桩进行了开挖、实测了桩径，结果满足设计要求。6月1日-8日邀请第三方对单桩垂直、水平极限荷载、最大抗压强度、弹性模量、干密度、渗透系数、平均抗折强度等参数进行了检测，成果见表2。

  试验桩施工完成28d后进行抽芯取样，采用XY-1 A-4型钻机、单动双管取样器钻取硅芯，

每根桩取1组试样，上述试验于6月17日完成，6月10日~13日现场进行了渗透试验，生产性试验性旋喷桩检测结果见表2   

试验桩检测结论:单桩垂直、水平极限荷载分别为600KN } 32KN;抗压强度大于8. OMPa，弹性模量在1000一8000MPa，干密度在1. 62. Og/cm3，渗透系数在10 -5一10 -} cm/、之间，满足设计要求，平均抗折强度在1. 36一1.73MP。之间。因此该成桩工艺在该场地是适宜的、可行的。

  通过生产性试验，选定如下参数进行旋喷桩正式施工，泄洪闸旋喷桩施工技术参数见表3，主要施工工艺

  (1)钻机时桩位需按设计精确定位，其偏差小于SOmm，同时应做水平校正。

  (2)所钻的成孔其偏斜率小于1. 5%

  (3)当旋喷管伸人到设计的深度后，并且提前按要求的水灰比制备好浆液，并以转速8次/min原地旋转喷嘴。采用边旋转边提升喷嘴的方法，以70 } 80 m3/min注浆量自下而上注人水泥浆液;注浆压力为25一30MPa;喷嘴提升速度2025 cm/min。

  (4)施工中水泥浆液需要用过滤装置严格过滤，按喷嘴直径大小设置两道过滤程序，在水泥浆液搅拌罐中设置一道过滤网，在吸管尾部设制特制过滤器过滤，并按规定定时清洗。

  (5)水泥浆液一般不提前配用，需要随配随用，在旋喷作业过程中不能停顿，需要连续不停搅拌。

  (6)在旋喷作业过程中，拆卸注浆管节后，需重新进行旋喷作业时，其搭接长度需小于0. 3m}

(7)在完成旋喷作业后，需不间断将冒出地面的水泥浆液回灌到桩孔内，直到桩孔内的浆液面不再往下沉为止。   

(8)旋喷桩质量检测

    ①用标准试模采集冒浆试样，供室内28d标准无侧限抗压强度试验;

    ②在成桩后7d内，在距旋喷注浆孔中心D. 15 } 0. 2m左右，间隔一定深度作一个标准贯人N值;

    ③随扫L选择一处做荷载试验在成桩后龄期28d的现场单桩和复合地基上。

    检验结果为桩身固结体28d龄期的抗压强度最大值为20 M Pa，最小值为8. 5 MPa，均大于8MPa,满足设计要求。

    本文采用高压旋喷桩围封法将地基包围起来，一方面可以增强地基的承载能力，还可以限制地基的侧向变形、液化大位移，而且桩体周围也因为挤密和固结作用强度有所提高，更好的提高了地基的抗液化能力，可以避免由于地基液化大变形导致的建筑物破坏。在使用高压旋喷桩围封法时，旋喷桩必须伸人地基下一定深度，足以穿越液化层，否则将起不到应有的效果。对砂土液化地基进行抗液化处理时，可采用的措施有很多，国内外学者已进行了大量研究，由于本工程属于改扩建工程，所以在本文中仅仅采用了高压旋喷桩围封法，该方法具有设备简单、施工方便、速度快、节省材料、造价低和适用范围广等优点。针对此种方法与其它抗液化措施同时用于液化地基的抗液化情况的研究还需进一步开展。